红外温度计测量体温方法探讨

邬冬梅

内蒙古自治区巴彦淖尔市产品质量计量检测所 内蒙古巴彦淖尔 015000

在与流行病的预防和控制作斗争中，一种普通产品最近一举成名。它成为中国的一个稀缺资源，并发展成为具有战略控制意义的材料。它是人体温度感应的“守护者”——非接触式红外线温度计，通常称为手耳温度和额头温度计。

1 红外体温计的发展

红外线最早是在1800年发现的。英国天文学家威廉·赫歇尔发现，当温度计的温度发生变化时，会产生在红光下具有一定频率的不可见辐射。1821年，德国塞贝克科学家发现了塞贝克效应，1859年，德国基希霍夫物理学家根据热平衡理论推导了基尔霍夫辐射定律。这些研究结果为后续红外技术的有效发展提供了最有力的理论基础。结果，红外技术得到了发展和普及，这时红外温度测量也得到了发展。

最初，红外测温技术尚未完全发展。尽管它们的测量速度会比其他温度计快，但它们的温度精度实际上是相对中等的。因此，它仅用于不需要高温精度的一般工业领域。尽管水银温度计的测量精度更高，但它们也存在潜在的水银危害。当前，世界上许多国家已经禁止使用水银温度计。因此，在2003年SARS病毒爆发后，诸如红外线体温计之类的非接触式体温测量方法在医疗领域得到了迅速发展。首先用于医疗的红外温度计被用于紧急应对SARS感染的风险。因此，工业上常用的红外测温仪仅作了少许改动，即可投入使用。近年来，在各种科学家的不懈努力下，医用红外测温仪的精度也得到了提高，其他功能也逐渐得到改善，在随后的流感大战中取得了良好的效果。但是，这种非接触式温度测量方法仍然受到各种外部条件的影响，这些外部条件在某种程度上影响温度的准确性。因此，中国还明确定义了医用红外测温仪的误差值，极限误差值为±0.2°C。但是，市场上出售的大多数红外测温仪都不能满足此要求[1]。

2 人体红外温度传感器

人体像其他生物一样，向环境辐射红外线能量。其波长通常为9至13μm，在0.76至100μm的近红外范围内。由于该波长范围内的光不会被空气吸收，即人体发出的红外辐射量与环境影响无关，因此它与人体所包含和释放的能量有关。因此，可以通过测量从人体辐射的红外能量来精确地测量人体的表面温度。人体的红外温度传感器就是根据这个原理设计和制造的。

非接触式红外测温技术无需触摸被测物体，以免发生感染，烧伤等危险。它可以快速，准确地测量物体的表面温度。它具有响应速度快，精度高，成本低，寿命长和使用安全的优点。它在控制和监视产品质量，设备的在线故障排除以及安全保护方面起着重要作用。

根据能量转换所用的各种材料，红外温度传感器可分为以下类型：热电型，硫酸甘油三酯，钽酸锂等；热电堆型，N型和P型多晶硅；二极管型，单晶或多晶PN结，热容型，双材料膜，热敏电阻型，氧化钒，非晶硅等[2]。

实际上，这些类型仅在转换过程和接收到红外能量后的材料能效比方面有所不同。

2.1 红外热电堆的温度传感器

当前，用于耳和额头温度计中的红外传感器都是热电堆类型的，其基本物理原理是塞贝克效应。红外热电堆温度传感器类似于热电偶，它由可以传输一定波长范围的红外滤光片和可以接收红外光的热电堆芯片组成。添加温度参考以比较内部环境（陶瓷热敏电阻和其他校准温度）。

2.2 红外滤光片

这是可以滤除不同波长的光敏元件。结构简单，但过程复杂，通常将半导体材料和过程与MEMS技术结合使用以形成高精度的透光窗口。不同规格的窗户可以穿过设计区域或特定波长的红外光，但是其他波长则不能。由于不同的物体在不同的环境中释放出不同的红外能量和不同的测量方法，因此通常需要将不同的窗口设计为用于检测物体的红外温度传感器的特定光敏元件[3]。

2.3 热电堆芯片

它是通过诸如隔热载体层、多晶硅掺杂、后腔蚀刻（干或湿）之类的关键工艺制造的，并用于吸收红外热。当被测物体的特定波长的红外辐射被热电堆吸收器吸收时，热电堆焦点变形的电荷立即改变，并且在累积之后产生电动势，即电压值。

2.4 包装形式和范围

热电堆温度传感器可以是模拟输出或开关输出。因此，它可以广泛用于空调，微波炉和其他智能家居设备，大型复印机，烘干机和其他工业智能设备，以及电源控制系统的各种设备的温度监控。它也可用于红外气体测量，工业环境，安全控制，各种支持应用，例如可穿戴设备和人体传感器。

3 影响红外线体温计使用的因素

温度高于零的任何物体都会向其周围连续发射红外辐射。它的能量与物体的表面温度和波长分布直接相关。可以根据物体自身的红外能量确定其表面温度。这也是医用红外体温计的工作原理。一方面，物体温度与物体辐射，物体发射率和玻尔兹曼常数有关。其中，物理辐射受尘粒、水蒸气和具有强吸收性的红外辐射等许多因素的影响。随着温度测量距离的增加，温度测量设备检测辐射的能力也直接受到影响。当在测量距离，目标的发射率和温度计的环境温度的影响下确定测量对象的温度时，毡制对象的温度也存在差异，这不可避免地降低了测量的准确性[4]。

4 结语

由于诸如刻度尺读数准确性、汞生产过程、使用和回收利用等环境因素，国际上已经淘汰了汞温度计，建议使用电子温度计，但电子温度计还需要进行接触测量（腋窝，口腔，肛门等）。对儿童和重症患者进行体温测量既困难又不切实际。因此，随着技术的进步和创新，未来通过结构、功能、精度和测量方法的改进，将会出现更多创新的类似于温度枪的人体智能温度测量产品，并丰富医疗和家庭市场以满足不同需求，服务更多人。